Heitor Mansur Caulliraux
Professor do Programa de Engenharia de Produção, COPPE/UFRJ.
Programa de Engenharia de Produção COPPE/UFRJ - c.P. 68.507 - CEP 21.945 Rio de Janeiro - RJ
Maria das Graças Bruno Marietto
Angel G.Coca-BaIta
Doutorandos do Programa de Engenharia de Sistemas e Com putação, COPPE, UFRJ. Programa de Engenharia de Produção COPPE/UFRJ - c.P. 68.507 - CEP 21.945 Rio de Janeiro - RJ
Palavras-chave: Desempenho industrial, avaliação do sistema produtivo, modernização industrial
Key words: Industrial performance, production systems assessments, industrial modern-ization
RESUMO:
ÍNDICES DE MEDIDA DE FLEXIBILIDADE: Este trabalho apresenta uma resenha sobre índices para medição de flexibilidade de um sistema de produção. Existem inúmeros fatores que influenciam a flexibilidade em uma indústria. Eles são inerentes ao tipo de sistema de produção instalado. I nicialmente, duas matrizes são construídas: a primeira inter-relaciona índices com os fatores; a segunda matriz inter-relaciona fatores com as indústrias. Realiza-se um exame comparativo entre os elementos destas matrizes e o resultado deste exame é lima matriz onde as linhas representam os índices estudados e as colunas representam as ind ústrias. Desta forma será possívtil analisar o desempenho destes índices nas ind llstrias pesq lIisadas.
A BSTRACT:
This is revicw offlcxibilitymcasurelllcnt tcchniqllcs for prodllction systellls. Thcsc measurcment tcchniques depcnds (m the particular prodllction systcllls adopted by a planto
Wc gcncrate two matriccs: A and B. Matrix A is abollt the interactio/1 bcfwecn indexes and factors; matrix 11 is about the interaetion between factors anri plants. Then, wc multip/y matriccs A anti B to gencrate matrix C, wihc lcf ,./s evaluate the indexes of cach planto
Rec.04/91 Rev.04/91 Apr.06/91
Introdução
A partirda década de 70, novos sistemas de produçãocomeçaram a ser desenvolvidos como decorrência, principalmente, doavan-ço tecnológico. Este avandoavan-ço pennitiu que mudanças nos produtos manufaturados pu-dessem ser feitas em períodos de tempo relativamente pequenos. Os consumidores passaram a exigirumaadaptaçãomaisrápida por parte das indústrias, com relação à fabricação de novos produtos, que, por sua vez, passaram a ser produzidos em vários modelos,versões e tipos diferenciados.
Asadaptações realizadas levaram à cria-ção de novos conceitos e técnicas para o planejamento da produção de sistemas de manufatura. Entre os mais importantes, podemos citar o Just in Time e o Sistema de Manufatura Flexível.
Um sistema de Manufatura Flexível (SMF) é definido como um sitema integrado voltado para a produção de bens discretos, iormado basicamente por um conjunto de máquinas (geralmentemáquinasdecontrole numérico), por um sistema automático de manipulação de materiais e por um sistema computacional de controle.
Os objetivos de um SMF são a alta produtividade e flexibilidade.
A forte concorrência estabelecida no mer-cadomundial justifica a importância da pro-dutividade. Já a flexibilidade é indispen-sável para a adaptação da indústria em re-lação à exigência dos consumidores. Qua ndo da avaliação de um SMF, é necessário considerara produtividadeea flexibilidade. Entretanto, neste trabalho nos concentrare-mos na análise da flexibilidade.
Flexibilidade-sumário de
tipos de flexibilidade
encontrados na literatura
Para que se possa falar em medida de flexibilidade precisamos, primeiramente, discorrer sobre os tiposde f1exibilidadeexis-tentes. Um grande problema que aparece quando do estudo da flexibilidade é a sua definição, pois a mesma pode ser enfocada de várias fonnas.
Na literatura, a maior parte das referencias é feita à classificação proposta porBROWNEet alli [1984]. Por este motivo, apresentamos a seguir um resumo desta classificação.
FLEXIBILIDADE DE MÁQUIN A
Definida como a habilidade de poder . substituir ferramentas gastas, trocar
fer-ramentas nomagazineemontarou remontar algum acessório de fixação sem interferência ou longos tempos de set-up.
FLEXIBILIDADE DE PROCESSO
Definida como a habilidade de poder processarsimuItaneamente uma variedade de tipos de peças com pouca ou nenhuma inter-relação.
FLEXIBILIDADE DE PRODUTO
FLEXIBILIDADE DE ROTEAMENTO
Definida como a habilidade de mudar a seqüência das visitas às máquinas sem ter que modificar o conjunto de peças que está sendo processado.
FLEXIBILIDADE DE VOLUME
Definida como a habilidade de operar o sistema de maneira eficiente, mesmo diante de mudanças nos volumes de produção.
FLEXIBILIDADE DE EXPANSÃO
Definida como a capacidade do sistema de ser expandido de maneira fácil e modu-lar.
FLEXIBILIDADE DE OPERAÇÃO
Definida como a capacidade de poder mudar a ordem das operações no processa-mento de um tipo de peça.
FLEXIBILIDADE DE PRODUÇÃO
Definida como a ca pacidade de produzir um amplo universo de tipos de peças.
Medida de flexibilidade
Um dos temas de ampla discussão quando da avaliação dos sistemas de pro-dução é a medida de flexibilidade. Na literatura aparecem vários trabalhos desen-volvendo algum tipodemedida. Analisamos alguns destes índices e, a partir dos mesmos, desenvolvemos a metodologia proposta neste trabalho. A seguir apresentamos um resumo destes artigos.
ABDEL-MALEK (1990]
Neste artigo é proposta uma medida de flexibilidade que permite, quando da im-plantação de um SMF, escolher aquele que melhor se adapte às mudanças que por ven-tura venham a acontecer. Ou seja, é uma medida geral de flexibilidade para um SMF proposto.
Esta medida torna-se importante porque, em um planejamento de longo prazo, a análise da variação da demanda e do design do(s) produto(s) não pode ser feita quando da aquisição do SM F. Geralmente, a escolha do SMFéfeita baseada na experiência dosgeren-tes e no atual estado da arte da tecnologia.
Considerando como parâmetros básicos as rotas existentes para o desenvolvimento das operações num dado conjunto de peças ou produtos, os autores propõem um tipode medida que permite relacionar, em termos de flexibilidade, dois conjuntos de tarefas. Este tipo de medida permite avaliar a flexi-bilidade do sistema com respeito à mudança para um novo conjunto de tarefas.
Para obter esta medida geral, MALEK tenta relacionar indiretamente os oito tipos de flexibilidade definidos por BROWNE et alli [1984]. Como exemplo, quando s50 le-vadas em consideração as possibilidades viáveis para a fabricação de um produto, indiretamente está se considerando a flexi-bilidade de roteamento, mesmo sem deter-minar explicitamente um índ'ice.
MANDELBAUM E BRILL [1989]
conjun-to de máquinas, individual e coletivamente, e relacionando-as com um dadoconjuntode tarefas.
São considerados os seguintes tipos de medida de flexibilidade:
1- Flexibilidade de uma máqu ina M relativa-mente a um conjunto de tarefas T. Este tipo de flexibilidade é medido usandoa fórmula:
Onde e(M,t) é a medida da eficácia da máquina M para desenvolver a tarefa t, sendo que O s e(M,t) s 1; w(t) é o fator de importância da tarefa tnoconjuntoT, tal que Os w(t) s 1 e 2:'ETw(t)=l
No caso de considerar um sub-conjunto Tl CT, teremos
F(M)t1 = _ _ 2:_tE_ T-=l,-e--::(M=--,t_>*_W_(t_) __ }:tET1 w(t)
2 - Flexibilidade de um grupo de máquinas relativamente a um conjunto de tarefas T.
- Medida otimista e medida pessimista da . flexibilidade do grupo.
- Medida tipo - Hurwitz da flexibilidade do grupo
- Medida misturada da flexibilidade do gru-po.
- Medida probabilística da flexibilidade do grupo.
- Medida redundante da flexibilidade do grupo.
É proposto um índice para medir f1exibi-lidadede máquinas. Para tanto, é levada em
consideração a importância de cada tarefa possível de ser realizada em uma máquina (ou grupo de máquinas) e pela eficiência com que esta máquina pode realizara referida tarefa. Este índice dará a flexibilidade de uma máquina em relação a um conjunto de o tarefas a serem realizadas.
Entretanto, há casos em que é interes-sante calcular a flexibilidade de um grupo de máquinas, ao invés de uma máquina. Os autores propõem uma medida otimista e uma pessimista para a flexibilidade de um grupo de máquinas. Depois, consideram uma combinação linear convexa entre estas medidas, queé um valorintermediárioentre ootimismoeo pessimismo. Este valor inter-mediário é dado por a, e é chamado de índice de otimismo.
Osautores também abordam o problema de medir a adaptabilidade, ou seja, " ... quão bem uma máquina ou grupo de máquinas pode se adaptar a trocas".
AZZONE E BERTELE [1989]
Alguns autores fazem uma tentativa de estudar a flexibilidade de um ponto de vista geral. Estes estudos tem por base avaliações econômico-estratégicas do valorda flexibili-dade. Os índices propostos nestescaSbs são, no entanto, ainda muito precários.
seria estimar as horas-máquinas necessárias para processar os volumes de produção (saídas da previsão dedemanda já realizada). Para isso, seriam tomados como base os tempos-máquina de operações semelhantes já ralizadas. A terceira fase do modelo, gera um quadro de máquinas necessárias para atender os itens acima. Finalmente, uma avaliação econômica (valor atua I, taxa interna de retorno) érealizada afim dedefinir a lucratividade do investimento naquelas máquinas. O valor resultante depende da flexibilidade dosistema escolhido. O modelo poderia ser usado para comparar alternativas (dada uma posição estratégica) ou para estudar os efeitos na rentabilidade dos investimentos em função de mudanças estra tégicas.
Outros autores têm tentado medir o va-lor estratégico da flexibilidade. Alguns tra-balhos partem da premissa segundo a qual quanto maior a flexibilidade, maiores serão as possíveis decisões a serem tomadas no futuro. Estes autores se apóiam na Teoria das Decisões, (Fensterseifer, 1990; Hutchinson eSinha, 1989). Estes autores, no entanto, não avançam significativamente na proposição de índices de medida concretos.
TA YMAZ [1989]
O autor constrói um modelo para um sistema formado por apenas uma máquina, objetivando interligar o conceito econômico de flexibilidade de volume com o conceito de flexibilidade de máquina. Comoosistema possui apenas uma máquina, flexibilidades como de roteamento, processo e de peças são desconsideradas, pois estão implícitas na flexibilidade de máquinas.
Em um sistema de produção, tem-se dois fatores cruciaJs, quais sejam: flexibilidade e produtividade. Taymazrepresenta a produ-tividade através do vetor P=[Pj]nl' onde cada elemento Pj representa uma "medida do
esforço requerido para finalizar a operação
j". Éassumidoqueesta medida será
conside-rada em termos de unidade de tempo.
Com relação à flexibilidade, são estu-dadas as de máquina e de volume., Para calcular a flexibilidade de máquina são considerados dois parâmetros. O prlmejro é o esforço decorrente da troca de jigs e / ou ferramentas. Este esforço, medido através de tempo, é representado pela matriz FR=[aij]nn. O elemento aij reflete o tempo para rearranjar a máquina quando na troca da operação i para a operação j.
A matrizFS=[bkJ]nm determina o esforço da máquina (medido pelos custos diretos) para mudar para o item 1 da operação k.
Existe u ma relação direta entre os elemen tos de FR, FS e P. Ou seja, uma operação nas matrizes equivale a uma operação em P. Para analisar-seduasmáquinas, A e B, basta fazer a comparação abaixo:
FRasFRb e FSasFSb
Se as desigualdades forem satisfeitas, então a máquina A é mais flexível que a máquina B. Com relação à produtividade, o mesmo raciocínio é válido. Caso a máquina A seja mais produtiva que a B, então PasPb.
Outro aspecto considerado é o "loading of machine tools", que é representado pelas matrizesOS=[iij]nneST=[Sk,]nm.Oe1emento
o.
I) determina o número de resets feitos na máquina quando da mudança da operação i para a operaçãoj. O elemento Skl é dado pela forma abaixo:{
l' se houver reset na máquina para a Skl = execução do item 1 da operação k
O, caso contrário
tempo total de produção para um batch dado, custo de matéria-prima, custo de es-toque, tempo total de produção etc ... Com base nestes dados da linha de produção é determinada a função custo TC tal que:
ｔｃ］｛ｴｲＨｆｾＧｏｓＩ＠ + b(P'OS'I)] (v Ib) (v"e) +
b"i[(VA/2)+MC] +v"MC +TFC+tr(FS'ST).
Onde tr é o trace operator que soma os elementos da diagonal de uma matriz qua-drada, v é o volume de. produção (em uni-dades), e e o fator de conversão do custo variável, V A' éovaloradicionado, i éocusto de armazenagem do estoque.
Através da derivada da função Te, ob-tém-se a flexibilidade de volume. Esta, in-dica o quanto a função custo (TC) variará caso o volume de produção também varie.
KUMAR [1987]
Oautorapresenta um ･ｮｦｯｱｵ･｡ｸｩｯｭ￡ｾｩ｣ｯ＠
para desenvolver uma teoria da flexibili-dade em sistemas de manufatura. Algumas medidas teóricas da informação são usadas para quantificar vários tipos de flexibili-dade.
O primeiro critério para a avaliação é a dependência das opções disponíveis de es-colha e do grau de liberdade com o qual pode-se fazer a escolha; Para tanto é considerada uma população estatística de n opções (Xl, X2, ... ,Xn) que são frações ou porções equivalentes às probabilidades de escolha.
Uma medidada flexibilidade proposta é dada pela fórmula:
FI (Xl, X2, ... , Xn)= 2:Xi"In (xi),
onde O"InO = O por definição. Esta me-dida permite avaliar a flexibilidade de um sistema segundo um critério operacional.
Análise proposta
Existem inúmeros fatores que influen-ciam a flexibilidade em uma indústria. Eles são inerentes ao tipo de sistema de produção instalado(Comoexemplo,em uma indústria de componentes eletrônicos o fator tempo de set-up é preponderante para que os tipos de flexibilidade sejam analisados. Nos artigos pesquisados, foram detectados os itens con-siderados para se mensurar a flexibilidade. Estes itens estão descritos a seguir:
1 -tempo de set-up
2- importância que cada tarefa tem no siste-ma
3 -eficiência com que cada máquina pode realizar cada tarefa
4 - rotas possíveis de manufatura dos produ-tos analisados
5 - custo de manuseiq, do estoque
6 - custo total de matérias primas
7 - total dos custos variáveis
8 - custo de execução de i tens de uma opera-ção
9 - volume de produção.
A partir da determinação destes fatores, montam-seasmatrizesdeOfertaeDemanda.
Matriz de Oferta
flexibilidade. Estes pesos são dados de acordo com as regras abaixo:
1: crucial para a flexibilidade O: irrelevante
Matriz de Demanda
tal que séo númerode fatores analisados e r o número de indústrias.
Os elementos da matriz B foram obtidos através de uma pesquisa de campo. Nesta pesquisa foram levantados, juntoa um grupo de empresas, quais fatores influenciam diretamente a produção das mesmas. Esta relação foi traduzida a partir dos seguintes pesos:
1: 'exerce influência na produção O: não exerce influência
Tem-se a seguinte matriz produto C
=
[Cik]mr' onde seus elementos nos fornecem uma ordem de prioridade tanto na relação de um índice i com as k indústrias, como na relação de uma indústria kcom os índices i. Considere a tabela abaixo para efetuar a multiplicação C = A x B:ｾ＠
O 1IJ
O O O
1 l/n 1 ,
tal que n é a quantidade de fatores. Quando algum fator j for considerado pelo índice i mas não influenciar no sistema de
produção da indústna k, refletiremos esta relação através do valor 1 In. Isto objetiva diferenciar da situação na qual este fator é importante para a indústria, mas não é considerado pelo índice k. Entretanto, a influência decorrente desta relação não dispensa uma análise mais específica quando do estudo final.
Com o intuito de testar a metodologia aqui proposta, geraremos as matrizes A e B.
A montagem da matriz A é feita através do relacionamento existente entre os 5 índi-ces de medida de flexibilidade estudados e os 9 fatores considerados. Após analisar estes índices, caso algum fator influenciasse na sua formação, este teria peso 1. Caso .con trá rio, pesoO. Temos portanto a seguinte
matriz A:
FI F2 F3 F4 F5 F6 F7 F8 F9 Malek I O, o 1 o o o o o
Mandelbaun e Brill O I O O O O O O Azon" e Berlele O O 1 O O O O I
Taymaz I O O O I I
Kumar O I O O O O O O O.
A partir dos dados coletados durante a pesquisa decampo " Matriz Tecnológica para a Indústria de Processamento de Dados" (1) será gerada a matriz B. Nesta pesquisa fo-ram levantados dados em 15 empresas da indústria de informática (computadores e peri fé ricos), tendo como objeti vo traçar uma "radiografia" tecnológica do setor. A pesquisa cobriu as fases de:
a) definição dos produtos Ｈ･ｳｴｲ｡ｴ￩ｧｩｾ＠ de negó-cio, análises de mercado, etc);
b) projeto de hardware e software;
(1) Este projeto foi conduzido pelo lEI/UFRJ, COPPE/UFRJ e IE/UNlCAMP, com financiamento da Secretaria de Ciência e Tecnologia e Desenvolvimento Econôll1 ico do Estado de São Paulo e
c) produção;
d) comercialização e assistência técnica;
e)estruturadecusto,relaçãescomosfomece-dores e estrutura ocupacional.
Para este trabalho, usaremos dois con-. juntos de dadoscon-. Em primeiro lugar, osdados
rela tivos à posição mercadológica / com peti-tiva de cada produto. Estes dados, desde que convenientemente analisados, permitem levantar as principais dimensões competiti-vas enfatizadas por cada empresa para o binômio produto/mercado.
Do conjunto das possíveis dimensões competitivas, um subconjunto diz respeito às características dos si temas de produçãoe, uma parte deste último subconjunto, se rela-ciona com as questões de flexibilidade (ver figura a seguir).
Neste diagrama estão representadas as empresas A, BeN quecompetemnomesmo mercado através de produtos substituíveis (em algum grau) entre si. A dimensão com-petitiva 1 (D.Cl) poderia ser, por exemplo, ocusto / preço do produto. Neste diagrama, por simplificação, a D.C 1 é função do
Empresa B
-sistema de produção - capacidade de mini-mização dos custos.
Algumas D.C's são função de mais de um dos sistemas da empresa. Por exemplo, a capacidade de variar, com eficiência, o volume de produtos comercializados é função (ao menos) da produção e de vendas e marketing (canais de distribuição).
Neste trabalho, estudaremos o conjunto das variáveis dos sistemas de produção ca-paz de viabilizar uma competição baseada na flexibilidade deste sistema.
o
segundo conjunto de dados usados, trata dos sistemas de produção deste setor industrial. Para se chegar a um entendi-mentodoque é (e poderia ser) a flexibilidade na informática, é necessário que se entenda a lógica destes sistemas de produção. Énecessáriotambém, dispor de índices quan-titativos dos sistemas existentes (tamanho e com posição dos mix' s de prod ução, tem pos médios de set-up, lead-time's na produção, entre outros).
. Por questões de espaço, descreveremos dois casos típicos encontrados neste setor industrial. A partir das descrições, criaremos
Empresa A
=11
Mercado
11t----
ｾＺｾＭＺｾｉ＠
Produção
Vendas e Mkt
Ass. Técnica
-o vet-or BJ (c-oluna da matriz B) para cada situação para, em seguida, através da matriz C, identificarmos os métodos quantitativos mais adequados.
o
primeiro caso é o da montagem do HDA (Hard Disk Assembly) de uma das multinacionais da informática instaladas no país. O HDA ￩ｵｭ｣ｯｮｪｵｮｴｾｦ･｣ｨ｡､ｯ｣ｯｮｴ･ｮ､ｯ＠discos magnéticos, cabeças de leitura e gravação, motores, base, etc. Éuma memória de massa usada como periférico de sistemas de computação de grande porte. A linha que estamos descrevendo é composta de uma série de postos de montagem semi-automáticos seguida de um conjunto de bancadas de teste. Esta linha entrega em torno de 2 centenas de prodtitosmontadose testados por mês. O HDA é produzido sempre na mesma sequência e o sistema de transporte é mecanizado e interliga todas as bancadas. Este produto integra periféricos que são vendidos no país e no exterior. Em princípio, os volumes de produção são conhecidos com meses de antecedência e são fixos no curto prazo.
Do ponto de vista da flexibilidade, a principal questão são os volumes de produ-ção. Dois são os métodos possíveis para o aumentodestesvolumes:a)aumentara taxa deutilizaçãodas bancadase b) usar bancadas que duplicam a capacidade de produção dos gargalos. A partir desta descrição, chegamos à seguinte coluna da matriz B:
set-up: O
importância relativa das tarefas no sistema: O
eficiência.comparada das máquinas: O
rotas possíveis: 1
custo total de matérias prima: 1 custo de manuseio de estoques: O
custos variáveis: 1
custos de execução de itens de uma operação: 1
volume de produção: O
O segundo caso é o da produção de micro-computadores (vários modelos) e ter-minais de vídeo (vários modelos) em uma linha multiproduto. Esta empresa compete em mercados deelevada instabilidade tendo, como consequência, um mix de produção (composição e volumes relativos) muito va-riado. O seu horizonte de planejamento é maior que 1 mês.
Como solução, a empresa adotou uma linha multi-produto do seguinte tipo (ver figura na página seguinte):
Cada pallet padrão é com posto das peças e partes que com porão determinado produ-to. O pallet é direcionado mecanicamente para a estação de trabalho que se encontrar vaga. Nesta estação o operário dispõe de todasas ferramentas necessárias para montar os produtos. Ao terminar a montagem, o operário recoloca o pallet na linha que leva o produto para as estações de teste.
A capacidade de produção ｾｨｯｭ･ｮｳＯ＠
hora) é fixa no curtíssimo prazo e a eficiência dosistema é função dosset-up's nas estações e da habilidade dos operários. Esta situação nos leva ao seguinte vetor Bj:
set-up: 1
importância relativa das tarefas no sistema: O
eficiência comparada das máquinas: 1 rotas possíveis: 1
custo total de matérias prima: 1 custo de manuseio de estoques: O custos variáveis: 1
custo de execução de itens de uma operação: O
volumes de produção: 1
Casol Caso 2
Malek 1,111 2
Mandelbaun e Brill 0,222 1,111
Azone e Bertelê 1,222 3
Taymaz 4,222 5,111
Kumar 0,111 0,111
Conclusão
A aplicação dos índices selecionados na seção anterior nos fornece um retrato do sistema de prod ução estudado em relação à flexibilidade. Seria possível, portanto, com-parar diferentes sistemas de produção apli-cados em situações de produto/mercado semelhantes.
No entanto, nos parece evidente que a melhor aplicação das diversas metodolo-gias de medida de flexibilidade acontecerá
na fase de projeto e seleção dos equipamentos que irão compor um sistema de produção., Este tipodeaplicaçãodeve sedarda seguinte forma:
1Q-definição da relação produto/mercado e
das dimensões competitivas principais.
2Q - a partir do item acima, definem-se as
características genéricas do futuro sistema de produção.
3Q - a partir do vetor coluna Bj, seleciona-se
o índice mais adequado para este caso.
4Q -aplicando-se este índice em cada um dos
possíveissistemasde prod ução (que por serem coerentes com o item 1, são passíveis de serem analisados pelo mesmo índice), obter-se-ão indicadores quantitativos que serão usados como auxílio na seleção final dos equipamen-tos e sistemas.
Carga dos pallets
Estação de Trabalho 1
I
I
Testes
I
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